UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ – UESCDEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

COLEGIADO DE QUÍMICA / LICENCIATURAV Semestre

Disciplina: Química Analítica Quantitativa Docente: Prof. Antônio S. Santos

Discentes: Sara S. Pimenta e Hélriston C. Andrade

Relatório:

Determinação de H2O2 por Permanganimetria - REDOX

Ilhéus, BAMaio/2015

Relatório proposto pelo docente prof. Antônio S. Santos e realizado pelos discentes do curso de Química – Licenciatura da Universidade Estadual de Santa Cruz, V semestre Sara S. Pimenta e Hélriston C. Andrade à fim de gerar nota para crédito da disciplina de Química Analítica Quantitativa - Prática.

Resumo Neste relatório estão descritos os procedimento os resultados e às conclusões a

que chegamos após a prática experimental de determinação de H2O2 por permanganimetria.

Introdução

Como referido anteriormente, as reações redox envolvem a transferência de elétrons, assim agente oxidante pode ser titulado por um agente redutor. Desta forma o ponto de equivalência é alcançada quando o agente redutor for completamente oxidado pelo agente oxidante. (SHANG, 2013)Assim:

Oxidante + x e- Redutor

As titulações redox requerem normalmente um indicador que deverá mudar claramente de cor pois, a volumetria de oxirredução se utiliza de indicadores que mudam de cor em função do estado oxidado ou reduzido em que se encontram, ou seja, são também substâncias oxidantes ou redutoras que se reduzem ou oxidam face ao sistema oxidante redutor principal no qual vão atuar como indicadores do ponto final da titulação:

Indicador (oxidante – cor A) + x e- Indicador (redutor – cor B)

Na presença de uma grande quantidade de agente redutor, a cor do indicador será característica da sua forma reduzida. O indicador assume a cor da sua forma oxidada quando se encontra em um meio oxidante. Perto do ponto de equivalência ocorre uma variação brusca na cor do indicador quando este muda de uma forma para a outra, de modo que o ponto de equivalência pode ser facilmente detectado. (SHANG, 2013)

Dois oxidantes muito comuns são o permanganato de potássio (KMnO4) e o dicromato de potássio(K2Cr2O7). Como se pode observar na Figura 1, as cores dos ânions dicromato e permanganato são muito diferentes da espécies reduzidas:

MnO4- Mn2+

roxo rosea

Cr2O72- Cr3+

Assim, esses oxidantes podem ser eles próprios usados como indicadores internos em titulações redox, visto que têm cores muito distintas nas formas oxidadas e reduzidas. (SHANG, 2013)

As titulações redox envolvem o mesmo tipo de cálculos (baseados no método do mol) das neutralizações ácido-base. A diferença está nas equações e na estequiometria, que tendem a ser mais complexas para as reações redox. (SHANG, 2013)

Os métodos volumétricos de análise que utilizam reações do tipo oxidação-redução dependem dos potenciais das semi-reações envolvidas no processo. Os agentes oxidantes e redutores devem ser estáveis no solvente utilizado e a substância a ser determinada deve ser colocada sob um determinado estado de oxidação, definido e estável, antes da titulação ser iniciada. (BACCAN et al., 2001, p. 234)

De acordo com Ohlweiler (1974, p. 530), a permanganometria, que faz uso do permanganato de potássio como reagente volumétrico, é o mais importante dos métodos volumétricos de oxidação-redução, sendo o permanganato de potássio um poderoso agente oxidante.

Nesta prática será realizada a preparação e padronização do permanganato de potássio e a determinação de peróxido de hidrogênio presente em uma solução.

Na preparação de soluções de permanganato de potássio, é preciso remover o dióxido de manganês presente como impureza do reagente por meio de ebulição de uma solução recentemente preparada, a solução é deixada em repouso por dias para que se complete a oxidação dos contaminantes. (OHLWEILER, 1971, p. 536)

Além dos indicadores que funcionam da maneira como foi explanado, há outros específicos para as volumetrias de oxirredução, permanganimetria e tiossulfatometria, com funcionamento diferenciado.

A permanganimetria se fundamenta no uso de soluções aferidas de permanganato de potássio (KMnO4) para determinar substâncias oxidáveis por esse reagente, em meio ácido, neutro ou alcalino.em geral, o próprio permanganato serve como indicador nessas titulações, por ter cor violeta na forma oxidada (MnO4-) e na sua forma reduzida ser praticamente incolor, conforme a equação:

MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2 + + 4H2O

O permanganato de potássio não é padrão primário: a presença de dióxido de manganês como impureza, a formação dessa substância pela ação de redutores (existentes no ar, na água, ou contaminações diversas) sobre o permanganato, impedem que se preparem soluções de concentração exatamente conhecida do sal pela simples dissolução de quantidades precisamente pesadas do mesmo; além disso, tais soluções são instáveis também pelo efeito catalisador da luz sobre a redução do permanganato. (HARIS, 2012)

Por outro lado, as reações de complexação empregam os chamados “indicadores metalocrômicos” para evidenciar o ponto final das titulações complexométricas. Tais indicadores são também ligantes, coloridos, que formam complexos de cor diferente com os íons metálicos em determinada faixa de pH, porém sempre menos estáveis que os respectivos complexos com o EDTA ou correlatos. Assim, o complexo colorido metal/indicador é destruído pela transferência do metal para o complexo EDTA-metal. O ponto final da titulação será evidenciado pela mudança de cor do meio (indicador complexado para livre). Assim, aferem-se as soluções de permanganato de potássio com padrão primário, dentre os quais se destaca o oxalato de potássio (K2C2O4), que reduz o oxidante conforme a equação:

pela qual se verifica que o próprio permanganato (em excesso desprezível) evidencia o ponto final da titulação, uma vez que vai colorir de róseo permanente a solução ácida final, isenta do redutor oxalato. (HARIS, 2012)

A determinação permanganimétrica de peróxido de hidrogênio (água oxigenada) fundamenta-se na ação redutora dos peróxidos em geral sobre o permanganato, em meio ácido, conforme a equação (para a qual o permanganato também atua como indicador):

A técnica em questão permite o controle de qualidade da água oxigenada comercial, vendida com concentrações variáveis (10, 20, 30, 40 e 100 volumes). Volume é a forma comercial de indicar a concentração de água oxigenada e significa “nº de unidades de volume de oxigênio que a unidade de volume de solução de peróxido de hidrogênio consegue fornecer, nas CNTP (0°C e 760 mmHg), quando se decompõe completamente”, conforme a equação:e, em função da definição de concentração em volumes pode-se demonstrar o

relacionamento de tal forma de concentração com a concentração em mol/ℓ pela expressão: volume = 11,2 . [mol/ℓ] (HARRIS, 2012)

Neste contexto o objetivo desta prática é determinar a concentração de H2O2 em água oxigenada comercial utilizando da permanganimetria por volumetria de oxirredução.

Procedimentos Experimentais

Preparação e padronização de uma solução de KMnO4 0,06 mol/L

Em um béquer pesou-se 1,0163g de KMnO4 em uma balança analítica, dissolveu-se essa massa e transferiu-se para um balão de 100 mL, completando-se o volume.

Pesou-se três porções de oxalato de potássio em balança analítica, sendo respectivamente 0,1707g, 0,1783g e 0,1863g. Colocou-se cada porção em um erlenmeyer de 250 mL. Dissolveu-se cada amostra com 40 mL de água destilada. Adicionou-se 20 mL de solução de H2SO4 ao erlenmeyer contendo o oxalato dissolvido. A solução foi aquecida em uma placa de aquecimento á 80°C.

Realizou-se a titulação de cada solução de oxalato de potássio com o permanganato de potássio até o aparecimento de uma coloração violeta claro, tendendo a rósea. No final da titulação calculou-se a concentração da solução de permanganato.

Determinação de peróxido de hidrogênio

Foram pipetados 10mL de água oxigenada comercial, e diluído em 30 mL de água destilada num erlenmeyer e adicionou-se 15mL de H2SO4 1:8 v/v, após isto foram adicionados 30 mL de água destilada e iniciou-se a titulação até que a cor violeta clara persistisse.

Calculou-se a concentração de H2O2 na água oxigenada comercial analisada.

Resultados e Discussões

Foi preparada uma solução de Permanganato de potássio 0,06 mol/L. Em seguida preparou-se uma solução de Oxalato de potássio afim de se fazer a determinação da solução de Permanganato de potássio. Este procedimento ocorreu em triplicata sendo expresso na tabela 1 seguinte os valores pertinentes a este processo.

Tabela1. Valores de massa de K2C2O4 e volume de KMnO4 referentes ao experimento de padronização de KMnO4 em triplicata

Procedimento Massa de K2C2O4 (g) Volume de KMnO4 (ml)1° 0,1707 6,02° 0,1783 6,53° 0,1863 6,5

Média 0,1784 6,3

Deste modo, para se fazer conhecido a concentração da solução padrão de oxalato, temos a equação:

Eq 1. n= m . PM

onde n é o número de mol, m é massa e PM é o pesso molecular.Assim, também é possível encontrar a Concentração de KMnO4 a partir da equação:

Eq 1. C = n . V

Onde c é a concentração, e v é o volume.Após efetuar os cálculos encontrou-se os seguintes valores de n de K2C2O4 e a concentração de KMnO4 apresentados na tabela a seguir.

Tabela2. Valores de n de K2C2O4 e concentração de KMnO4

As soluções de permanganato de potássio são padronizadas com relação ao oxalato de potássio, pois este é um excelente padrão primário. A titulação de oxalato com permanganato serve de base para a determinação de metais precipitáveis. Em solução ácida, a oxidação do oxalato pelo permanganato obedece à equação: (OHLWEILER, 1974, p. 536-537; VOGEL, 2011, p. 234)

2K+ + C2O42- + 2H+ H2C2O4 + 2K+

2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O

A permanganimetria em meio ácido é a mais importante técnica permanganimétrica baseando-se na redução do permanganato a íon manganês em meio ácido. Neste caso utilizou-se o ácido sulfúrico, sendo este o reagente mais apropriado para acidificar a solução, pois o íon sulfato não sofre a ação do permanganato. (OHLWEILER, 1974, p. 531)

Mesmo a quente, a reação na ausência de Mn2+ não é rápida. Quando se adicionam as primeiras gotas de uma solução de permanganato à solução contendo o oxalato, a coloração do permanganato leva alguns segundos até desaparecer; a adição posterior é seguida de descoramento mais rápido. A solução final possui coloração violeta intensa; na maioria das titulações, o ponto final pode ser assinalado pela coloração do íon permanganato. (OHLWEILER, 1974, p. 530-537)

No processo clássico de McBride, a solução do oxalato de potássio em ácido sulfúrico diluído é titulada lentamente a uma temperatura entre 80º e 90º. O processo

Procedimento n de K2C2O4 [KMnO4 ]1° 1,0269 x 10-3 0,1711

2° 1,0727 x 10-3 0,1650

3° 1,1208 x 10-3 0,1724

Média 1,0733 x 10-3 0,1704

recomendado por Fowler e Bright baseia-se na adição de 90-95% da solução requerida de permanganato rapidamente à solução de oxalato. É necessário que a temperatura após a titulação seja maior que 60º para minimizar a decomposição de ácido oxálico e a perda de peróxido de hidrogênio. (OHLWEILER, 1974, p. 538)

Na segunda parte do experimento, utilizou-se o processo de determinação permanganométrica, para a determinação de peróxido de hidrogênio.

“O peróxido de hidrogênio é usualmente encontrado na forma de uma solução aquosa denominada “água oxigenada” contendo cerca de 6 %, 12% ou 30% de peróxido de hidrogênio.” (VOGEL, 2011, p. 234)

A água oxigenada que usamos mesmo em laboratórios não é pura, ou seja, não é formada apenas pela substância H2O2, contendo sempre uma percentagem de água, não só porque o H2O2 é o próprio solvente, mas também porque o peróxido se decompõe espontaneamente ao longo do tempo.

Nesse tipo de titulação, é desnecessário o uso de indicadores, pois um pequeno excesso de titulante confere a solução uma coloração violeta clara, indicando o ponto final da titulação.

Para a realização da determinação pelo método de permanganimetria, usa-se como solução padrão uma solução de permanganato de potássio. Quando essa solução é adicionada a uma solução de peróxido de hidrogênio, acidificada com ácido sulfúrico diluído ocorre à seguinte reação química:

2MnO4- (aq) + 5H2O2(l) + 6 H+ (aq) 2Mn2

+(aq) + 5O2(g) + 8H2O(l)

Essa reação é base do método permanganimétrico de análise e o ponto final da titulação é percebido pela coloração rósea permanente por alguns segundos, que ocorre devido ao excesso de MnO4

-. A medição do volume necessário de titulante (KMnO4) para consumir por completo o H2O2 nos permitiu calcular a quantidade de MnO4

- usada, e assim, calcular o número de mol do titulante, e posteriormente, o cálculo da concentração de H2O2 na água oxigenada comercial.

Sendo o valor médio da molaridade de permanganato igual a 0,1704mol.L-1, e a média de volume gasta na titulação igual a 6,3mL obtivemos o número de mol de Permanganato de potássio. Utilizando-se novamente a eq. 2 encontramos:

0,170= n0,0063

n=1,073 mol de Permanganato de potássio

Pela reação estequiométrica é possível encontrar o número de mol no peróxido de hidrogênio:

2MnO4- (aq) ----- 5H2O2(l)

1,073 ------ x

x = 2,6838 x 10 -3 mol de H2O2

Sendo este o número de mol do peróxido de hidrogênio e 20mL o valor da alíquota de água oxigenada:

M = 2,6838 x 10 -3 mol

0,0054L

M= 0,497 mol/L de H2O2

“Na titulação de peróxido de hidrogênio com permanganato de potássio, as primeiras gotas da solução se descoram lentamente, mas depois de iniciada, a reação prossegue bem até o ponto final.” (OHLWEILER, 1974, p. 544)

As soluções de peróxido de potássio não são estáveis, razão pela qual os produtos comerciais costumam conter certas substâncias orgânicas (acetanilida, ureia e ácido úrico), destas, somente a ureia não consome permanganato, sendo então melhor recorrer ao método iodométrico para a determinação de peróxido de hidrogênio. (OHLWEILER, 1974, p. 544)

Conclusão

Com as práticas realizadas foi possível concluir que o permanganato de potássio é muito utilizado a fim de determinar determinadas substâncias presentes nas soluções, sendo que em soluções incolores, o permanganato, devido à intensa coloração violeta de sua solução, serve ele próprio como indicador. Para o seu preparo deve-se remover o MnO2 (para isso a substância deve ser fervida), a qual será guardada em um frasco escuro para evitar a decomposição e a perda do oxidante.

De acordo com os cálculos, o erro de titulação é negligenciável. Outro fator importante a ser frisado é de que o ponto de equilíbrio na solução,

oxalato de potássio acidificado e permanganato, é atingido lentamente pela ausência de Mn2+.

Embora seja possível determinar a concentração de peróxido de hidrogênio, é aconselhável optar por outro método de determinação, a iodometria.

Referências

BACCAN, Nivaldo et al. Química analítica quantitativa elementar. 3. ed. Ed. Edgard Blücher rev. São Paulo. 2004. 308 p.

CHANG, Raymond. GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Ed. AMGH. Porto Alegre 2013 - 1165 p.HARRIS, D. C. “Análise Química Quantitativa”. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. 876p.

OHLWEILER, Otto Alcides. Química analítica quantitativa. 2 ed. Ed. Livros Técnicos e Científicos. Rio de Janeiro. 1974.

VOGEL, Arthur Israel. Análise química quantitativa. 6. ed. Ed. LTC. Rio de janeiro. 2011. 488p.